Gli astronomi hanno rilevato un segnale radio dalla galassia più lontana: è stato rilevato a una lunghezza d’onda speciale e significativa nota come “riga 21 centimetri” o “riga dell’idrogeno”, che viene emessa da atomi di idrogeno neutri. Il rilevamento della riga dell’idrogeno da una tale galassia così lontana da parte del Giant Metrewave Radio Telescope in India potrebbe significare che gli astronomi sono pronti per iniziare a studiare la formazione delle prime stelle e galassie.
Il segnale dalla galassia SDSSJ0826+5630 è stato emesso quando la nostra galassia di 13,8 miliardi di anni aveva solo 4,9 miliardi di anni. Il segnale ha permesso agli astronomi di misurare il contenuto di gas della galassia e scoprire che la sua massa è doppia rispetto a quella delle stelle visibili della galassia primordiale.
Le galassie emettono radiazioni elettromagnetiche, o luce, attraverso un’ampia gamma di lunghezze d’onda radio, ma finora onde radio di lunghezza d’onda di 21 cm sono state osservate solo da fonti galattiche vicine e quindi più recenti.
“È l’equivalente di uno sguardo indietro nel tempo di 8,8 miliardi di anni,” ha spiegato l’autore principale e cosmologo del Dipartimento di Fisica della McGill University Arnab Chakraborty. “Una galassia emette diversi tipi di segnali radio. Fino ad ora, è stato possibile catturare questo particolare segnale solo da una galassia vicina, limitando la nostra conoscenza alle galassie più vicine alla Terra“.
La difficoltà nell’individuare queste lunghezze d’onda da galassie più distanti è dovuta al fatto che mentre la radiazione elettromagnetica dalle galassie primordiali percorre grandi distanze verso la Terra, l’espansione dell’universo allunga la lunghezza d’onda e provoca la riduzione della sua energia. Ciò significa che i telescopi sulla Terra hanno bisogno di “aiuto” per vedere onde radio a lunga lunghezza d’onda e bassa energia come il segnale della riga dell’idrogeno.
Tuttavia, il team è stato in grado di effettuare il rilevamento da record utilizzando un fenomeno previsto come parte della teoria della relatività generale, la teoria geometrica della gravità di Einstein, suggerita per la prima volta nel 1915.
La gravità come finestra sull’universo primordiale
La relatività generale suggerisce che gli oggetti con massa deformano lo spaziotempo in modo simile a come una palla posta su un foglio di gomma teso lo appesantirebbe al centro e, proprio come nell’analogia, maggiore è la massa, più estrema è la curvatura. Ciò significa che un oggetto tremendamente massiccio come un buco nero o una galassia provoca un’estrema curvatura nello spaziotempo proprio come una palla da bowling causerebbe l’estrema curvatura del foglio di gomma.
Questa curvatura dello spaziotempo fa piegare la luce mentre passa accanto a oggetti di massa enorme. Un fenomeno noto come “lente gravitazionale” si verifica quando un oggetto di massa enorme si trova tra l’osservatore e una sorgente sullo sfondo, facendo curvare la luce dell’oggetto sullo sfondo e prendendo percorsi diversi attraverso e intorno all’oggetto inquadrato. Questo non solo può far apparire un singolo oggetto in più punti del cielo, ma può anche avere l’effetto di ingrandire questa luce.
Nel caso di SDSSJ0826+5630, il segnale delle onde radio è stato amplificato da un’altra galassia con la prima galassia che fungeva da lente. “Ciò si traduce effettivamente nell’ingrandimento del segnale di un fattore 30, che ha consentito al telescopio di captarlo,” ha affermato il coautore e professore associato presso il Dipartimento di fisica dell’Indian Institute of Science, Nirupam Roy.
Il team di astronomi ritiene che la rilevazione del segnale della riga dell’idrogeno da questa galassia primordiale dimostri che è possibile osservare segnali radio da altre galassie distanti durante l’epoca primordiale dell’universo. Ciò potrebbe a sua volta aprire un nuovo modo di utilizzare radiotelescopi a lunghezza d’onda lunga per sondare l’evoluzione di stelle e galassie e come l’universo primordiale si è evoluto nel cosmo che vediamo intorno a noi nella sua era attuale.
I dettagli della ricerca sono stati pubblicati su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
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